ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Повреждения крепежных деталей и дисков турбин из "Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования " Крепежные детали являются ответственными элементами энергетического оборудования. Основное назначение крепежа заключается в обеспечении герметичности фланцевых соединений в течение всего срока эксплуатации. Повреждения крепежных деталей — это не только их разрущение, но также и значительная деформация, ведущая к нарушению плотности соединяемых разъемов. Исходя из условий эксплуатации, а также конструктивных особенностей крепежных деталей к материалу крепежа предъявляется ко шлекс высоких требований. [c.41] К числу важнейших характеристик крепежных материалов следует отнести их способность сопротивляться релаксации напряжений, высокую жаропрочность, высокую трещиностой-кость. Не менее важным также является обеспечение термической стабильности структуры и свойств материалов в условиях эксплуатации, в том числе отсутствие склонности к тепловому охрупчиванию. [c.41] Крепежные детали паровых турбин работают в условиях температур, не превышаюших 565 °С. Высокие эксплуатационные свойства материала в этих условиях обеспечиваются применением хромомолибденованадиевых сталей. Наибольшая релаксационная стойкость в этих сталях достигается в результате дополнительного легирования их такими элементами, как ниобий и титан, образуюшими термически устойчивые карбиды НЬС и Т1С. Существенное влияние на свойства крепежной стали оказывает способ ее выплавки. Так, применение электрошлакового переплава позволяет получить более высокие служебные свойства по сравнению со свойствами металла, выплавленного в дуговой печи. [c.41] В настоящее время в качестве материалов для крепежных деталей турбин применяются стали 20ХМФБР (ЭП-44) и 20Х1М1Ф1ТР (ЭП-182). Поскольку долговечность металла крепежных деталей при длительных сроках службы, в условиях ползучести и релаксации напряжений при 540—565 °С определяется исходной термической обработкой, рассмотрим влияние режимов термической обработки на свойства применяемых сталей. [c.42] В [31] изучалось влияние термической обработки по режимам нормализации с отпуском и закалки с отпуском на структуру и служебные свойства сталей. Изученные режимы термической обработки приведены в табл. 1.2. [c.42] После закалки в масле в обеих сталях образуется структура мартенсита при нормализации формируется структура, состоящая из смеси нижнего и верхнего бейнита. Отпуск наряду с превращением мартенсита и бейнита в сорбит отпуска приводит к развитию процессов возврата, в результате чего игольчатая направленность исходных закалочных структур несколько уменьшается. Вместе с тем в связи с выделением дисперсных карбидных частиц в теле субзерен после отпуска сохраняется высокая плотность хаотически расположенных дислокаций. [c.42] Термическая стабильность созданного упрочнения определялась после старения металла при 600 °С в течение 10 ч, что соответствует по температурно-временному параметру старению при 565 °С в течение 10 ч. [c.43] Исследование дислокационной структуры показало, что в металле в процессе длительного старения развиваются процессы полигонизации с перераспределением дислокаций и формированием субзерен внутри исходных пластин. Одновременно идет миграция субфаниц, что уменьшает исходную игольчатую направленность матрицы сорбитных зерен. По степени уменьшения игольчатости матрицы можно судить о степени стабильности созданной при термической обработке субструктуры. [c.43] Электронно-микроскопический анализ показал, что структура, созданная при термической обработке по режиму закалки с отпуском, в условиях старения более стабильна, чем структура, созданная термической обработкой по режиму нормализации с отпуском. [c.43] Длительное старение приводит также к изменению характера распределения карбидных частиц. Уменьшается число дисперсных карбидов в матрице. Выделение и рост карбидов идет по субфаницам. Крупные первичные карбиды практически остаются без изменений. Размеры средних карбидных частиц не изменяются в предварительно закаленных образцах и возрастают в нормализованных образцах до величины 0,07—0,09 мкм. Суммарное содержание легирующих элементов в карбидных фазах не изменяется при старении. Все это свидетельствует о некотором снижении упрочняющего влияния карбидных фаз. [c.43] Длительная прочность крепежных сталей при обоих видах применяемой термической обработки примерно одинакова, однако после закалки отмечаются более высокие и более стабильные значения длительной пластичности и как следствие — более высокая трещиностойкость. [c.44] Основные причины повреждения крепежных деталей связаны с качеством их термической обработки, от которой зависят структура, состав, морфология и характер распределения карбидных фаз и эксплуатационные свойства материала. В практике диагностики состояния металла крепежа качество термической обработки определяется в основном по твердости. Разбег твердости, установленный требованиями ГОСТ 20700-75, составляет 241—277 НВ для сталей ЭП-44 и ЭП-182. [c.44] Во всех этих случаях резко снижается длительная прочность, пластичность и трещиностойкость материала, что и приводит к преждевременному разрушению детали. [c.45] При соблюдении режима термической обработки и условий затяга длительная эксплуатация шпилек при температурах 500—550 °С не приводит к потере несущей способности в течение 200 тыс. ч. Происходит некоторое разупрочнение материала шпилек, однако работоспособность их сохраняется. [c.45] Оценка ресурса деталей ротора турбин является сложной в связи со сложностью напряженного состояния различных элементов роторов. Ресурс ротора определяется в первую очередь надежностью высокотемпературных узлов РВД и РСД. Наиболее вероятными местами появления трещин в роторе являются зоны концентрации напряжений, такие как ободья дисков с пазами под хвосты лопаток, осевой канал, термокомпенсационные канавки. [c.45] Исследованиями, результаты которых приведены в [32], установлено, что в этих зонах наблюдается разупрочнение поверхностных слоев металла, снижение микротвердости и наличие пор ползучести. В тепловых канавках обнаруживаются трещины малоцикловой усталости. В связи с этим рекомендуется проводить периодическое удаление поверхностного слоя толщиной 100—200 мкм в зонах концентрации напряжений, что значительно увеличивает ресурс ротора. [c.45] Повреждение диска имеет вид вырванного сектора по нижнему зубу грибка. При этом оборван 1 замковая лопатка и четыре лопатки, прилегающие к замковой, с участком грибка диска. Внещний вид поврежденного участка представлен на рис. 1.21. [c.45] Металлографическим исследованием разрушенного диска установлено, что микроструктура диска представляет собой сорбит отпуска как игольчатой ориентации, так и бесструктурной, т.е. имеет структуру, обычную для исходного состояния диска. При электронно-микроскопическом исследовании выявлена начальная стадия процессов возврата и рекристаллизации с появлением зародышей рекристаллизации, образовавшихся в результате коалесценции субзерен внутри бейнитных пластин и миграции субграниц. Таким образом, наблюдение структуры стали в просвечивающий электронный микроскоп показывает, что в металле протекали процессы, характерные для высокотемпературной ползучести. [c.46] Фрактографический анализ особенностей развития трещины показал, что характер излома хрупкий, деформация зерен не наблюдается. Кромка излома идет как по зерну, так и по границам зерен. В зоне излома имеются межзеренные трещины, берущие начало от излома, и клиновидные трещины в пределах одного зерна. Разрущение в основном идет путем роста одной магистральной трещины, что в условиях ползучести характерно для высокого уровня или высокой концентрации напряжений. [c.47] Вернуться к основной статье